Thiết kế hệ thống day dẫn hướng trong máy phay CNC

Tùytheo khả năng công nghệ của máy mà máy có thể có: thân máy, bàn máy, trụcchính,...các kết cấu được thiết kế với các đặc điểm đáp ứng được yêu cầu trong quátrình điều khiển tự động của

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY CNC 3 I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 4

II MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC) 5

III, MÁY PHAY CNC 9

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ DẪN HƯỚNG MÁY CNC 23

I THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 24

II TÍNH CHỌN VÍT ME TRỤC X 25

III– TÍNH CHỌN VÍT ME TRỤC Y 31

IV.TÍNH TOÁN, CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC X 35

V.TÍNH TOÁN, CHỌN Ổ ĐỠ TRỤC Y 41

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN RAY DẪN HƯỚNG 47

I CHỌN RAY DẪN HƯỚNG TRỤC X 47

II CHỌN RAY DẪN HƯỚNG TRỤC Y 49

CHƯƠNG 4 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ 57

I TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỀU KHIỂN TRỤC X 57

II TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỀU KHIỂN TRỤC Y 62

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa ngày nay,việc phát triển khoa học kĩ thuật là vấn đề quan trọng và cần được đầu tư Mỗi nghành như cơ khí, công nghệ

Tuy nhiên, yêu cầu của thời đại đặt ra ngày càng cao về cách hoạt động của máy móc, yêu cầu máy móc phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn và chính xác hơn Việc sử dụng máy móc để thay thế sức lao động của con người là một xu hướng tất yếu để tang năng suất lao động, tạo ra nhiều sản phẩm chất lượng cao.

Máy CNC là một tiến bộ phát triển vượt bạc của nền công nghiệp Sụ xuất hiện của máy CNC đã nhanh chóng làm thay đổi quá trình sản xuất công nghiệp Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3 chiều cũng được dễ dfng thực hiện và một lương lớn các thao tác của con người được giảm thiểu Việc gia tang tự động hóa trong quá trình sản xuất tạo nên sự chính xác và chất lượng ngày càng cao Ngày nay, con người đã chế tạo ra máy tiện CNC, máy phay CNC với nhiều trục chính như 3, 6 trục chính Bản đồ án này sẽ trình bày về máy phay CNC 3 trục chính.

Với đề tài được giao: “Thiết kế điều khiển truyền động bàn máy cho máy phay CNC”, mặc dù đây là lần đầu tiên tiếp xúc với đề tài này nhưng em thấy nó là 1 vấn

đề rất hay và thực tế Quá trình làm và hoàn thành đề tài này giúp em tổng hợp được kiến thức đã học cũng như kiến thức thực tế liên quan đến công việc của ems au này Lời cuối cùng em xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS.Vũ Toàn Thắng và các thầy cô trong bộ môn Máy Chính Xác bởi sự chỉ bảo và giúp đỡ tận tình để em hoàn thành bản thuyết minh đồ án này.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU HỆ THỐNG DẪN HƯỚNG MÁY CNC

I LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Ý tưởng điều khiển 1 dụng cụ thông qua 1 chuỗi lệnh kế tiếp liên tục mà chúngđược ứng dụng trong các máy điều khiển NC ngày nay đã được phát kiến từ thế kỉ 14,bắt đầu từ những cụm chuông được điều khiển bởi các trục đục lỗ

- Trong những năm 1949-1952, John Parsons và M.I.T đã thiết kế theo hợp đồng củakhông lực Hoa Kỳ một hệ thống điều khiển dành cho máy công cụ để điều khiển

trực tiếp vị trí của các trục thông qua dữ liệu đầu ra của một máy tính Điều này làmbằng chứng cho chức năng gia công một chi tiết

- Năm 1952, M.I.T đã cung cấp chiếc máy phay điều khiển số đầu tiên mang tên

“Cincinnati Hydrotel” có trục thẳng đứng Tủ điều khiển lắp bằng các bóng đèn điệntử

- Năm 1954, Bendix mua bản quyền Parsons và chế tạo thiết bị điều khiển NC côngnghiệp đầu tiên

- Năm 1958 xuất hiện ngôn ngữ lập trình gắn với máy tính IBM 704 Năm 1968, kỹthuật mạch tích hợp IC làm tủ điều khiển có kích thước nhỏ và tin cậy hơn

- Năm 1972, các tủ điều khiển NC đầu tiên có cụm vi tính chế tạo hàng loạt đưa ra 1thế hệ các thiết bị NC cài vi tính mạnh mẽ hơn ( CNC)

- Năm 1986-1987, các giao diện tiêu chuẩn hóa mở ra con đường tiến tới các xínghiệp tự động trên cơ sở một hệ thống trao đổi thông tin liên thông CIM( Computer Integrated Manufacturing)

NC :Numberical Control ( Điều khiển số)

CNC :Computer Numberical Control ( Điều khiển số với máy tính)

FMS:Flexible Manufacturing System ( Hệ thống sản xuất linh hoạt)

CIM :Computer Integrated Manufacturing( Lập kế hoạch, thiết kế và sản xuất có tích hợp của máy tính)

II MÁY CÔNG CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG CHƯƠNG TRÌNH SỐ (MÁY CNC)

1 Khái niệm máy CNC

CNC – viết tắt cho Computer Numerical Control (điều khiển bằng máy tính) – đề

cập đến việc điều khiển bằng máy tínhcác máy móc khác với mục đích sản xuất (cótính lập lại) các bộ phận kim khí (hay các vật liệu khác) phức tạp, bằng cách sửdụng các chương trình viết bằng kí hiệu chuyên biệt theo tiêu chuẩn EIA-274-D,thường gọi là mã G

2 Ưu điểm của máy CNC

- Khả năng tự động hóa cao: máy CNC có năng suất cắt gọt cao và giảm được tối đa

thời gian phụ, do mức độ tự động được nâng lên vượt bậc Tùy từng mức độ tựđộng, máy CNC có thể thực hiện cùng lúc nhiều chuyển động khác nhau, có thể tựđộng thay dao, hiệu chỉnh sai số dụng cụ, tự động kiểm tra kích thước chi tiết và qua

đó tự động hiệu chỉnh sai lệch vị trí tương đối giữa đối tượng và chi tiết…

- Gia công nhiều chi tiết, biên dạng phức tạp:: Máy CNC có khả năng gia công nhanh

và chính xác cả những biên dạng phức tạp mà các máy công cụ thông thường khôngthể gia công được, ví dụ như là các bề mặt 3 chiều

- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của máy có thể thay đổi dễ dàng, nhanh

chóng, thích ứng với các loại chi tiết khác nhau Do đó rút ngắn thời gian chuẩn bịsản xuất, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tự động hóa sản xuất hàng loạt nhỏ Bất cứlúc nào cũng có thể sản xuất nhanh chóng những chi tiết có chương trình, do đókhông cần sản xuất các chi tiết dự trữ mà chỉ cần lưu trữ chương trình của chi tiết

đó Máy CNC có thể gia công được các chi tiết nhỏ và vừa, có khả năng đáp ứng khicông nghệ thay đổi, và đặc biệt việc lập trình gia công cho máy không nhất thiếtphải thực hiện trên máy mà có thể thực hiện trên các máy tính

- Tính tập trung nguyên công cao: Đa số máy CNC có thể thực hiện phần lớn các

nguyên công khác nhau mà không cần thay đổi vị trí gá đặt chi tiết, vì thế các máyCNC có phát triển và phối hợp với nhau thành các trung tâm gia công CNC

- Tính chính xác và đảm bảo chất lượng chi tiết cao: giảm được hư hỏng sai sót của

con người, có khả năng gia công hàng loạt với độ chính xác cao và lặp lại, đây làđặc điểm ưu việt của máy CNC

- Tính hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao: có chế độ cắt được lựa chọn tối ưu cũng như

là các điều kiện của quá trình gia công như bôi trơn và làm mát… được tốt hơn hẳn

so với quá trình gia công trên máy thông thường nên tuổi thọ của dao tăng lên, tiết

kiệm dụng cụ cắt, đồ gá, các phụ tùng các Giảm lượng phế phẩm và tiết kiệm ngườicông, đồng thời giảm thời gian sản xuất, tăng thời gian sử dụng của máy….

Bên cạnh các ưu điểm trên, các máy CNC cũng có những hạn chế nhất định như chi phíban đầu cho cho việc mua máy và lắp đặt rất lớn.Hệ thống cơ khí và hệ thống điện cũngnhư các hệ thống các trên máy rất phức tạp, do đó quá trình bảo dưỡng khó khăn và tốnkém Và sử dụng máy CNC để gia công các chi tiết đơn giản làm hiệu quả kinh tế thấp

3 Kết cấu khái quát máy CNC

Gồm các thành phấn chính đó là:

- Phần điều khiển

- Phấn chấp hành

- Các cơ cấu điều khiển và gia công kim loại

- Hệ thống phối hợp của máy tính và các thiết bị khác

Kết cấu khái quát được mô tả như sơ dồ :

Hình 1.1: Kết cấu khái quát máy CNCMáy gồm 2 phần chính: phần điều khiển và phần chấp hành:

 Phần điều khiển: gồm chương trình điều khiển và các cơ cấu điều khiển

+ Chương trình điều khiển: là tập hợp các tín hiệu (các lệnh) để điều khiển máy, được

mã hóa dưới dạng chữ cái , chữ số và một số ký hiệu khác như dấu cộng, dấutrừ, Tập lệnh (chương trình) này được ghi lên các cơ cấu mang chương trình dướidạng mã như băng đục lỗ hay bộ nhớ máy tính…

+ Các cơ cấu điều khiển: nhận tín hiệu từ cơ cấu đọc chương trình, thực hiện các phép

biến đổi cần thiết để có được tín hiệu phù hợp với điều kiện hoạt động của cơ cấuchấp hành, đồng thời kiểm tra sự hoạt động của các cơ cấu chấp hành thông qua cáccảm biến…

 Phần chấp hành: Gồm các cơ cấu gia công kim loại và một số cơ cấu phục vụ vấn đề

tự động hóa như các cơ cấu tay máy, ổ chứa dao, bôi trơn….Cũng như các máy cắt gọtkim loại khác, đây là bộ phận trực tiếp tham gia cắt gọt kim loại để thành chi tiêt Tùytheo khả năng công nghệ của máy mà máy có thể có: thân máy, bàn máy, trụcchính, các kết cấu được thiết kế với các đặc điểm đáp ứng được yêu cầu trong quátrình điều khiển tự động của máy, ví dụ như phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, thân máycứng vững, kết cấu hợp lý dễ thải phoi và bôi trơn…

4 Các phương pháp điều khiển

Một số phương pháp điều khiển máy CNC hiện nay là:

 Điều khiển điểm (điều khiển vị trí) : được dùng để gia công lỗ bằng các phương

pháp như khoan, khoét, doa…

Hình 1.2: điều khiển điểm

 Điều khiển đường: dùng trong các máy để gia công các chi tiết mà dụng cụ cắt thực

hiện lượng chạy dao song song với 1 trục tọa độ của máy, thường áp dụng trên cácmáy phay, máy tiện đơn giản

Hình 1.3: điều khiển đường

 Điều khiển đoạn: cho phép thực hiện chạy dao trên nhiều trụ 1 lúc, để có thể gia

công các chi tiết có biên dạng phúc tạp

Hình 1.3: điều khiển đường

III, MÁY PHAY CNC

Đôi nét về máy phay CNC ở nước ta hiện nay:

- Là một trong các loại máy phổ biến trong phân xưởng cơ khí chế tạo khuôn mấu ởnước ta hiện nay

- Máy được nhập khẩu tứ nước ngoài nên chủng loại vá kiểu máy rất khác nhau tùythuộc vào hãng sản xuất

- Ngày nay người ta kết hợp máy phay CNC, máy tiện CNC, máy khoan CNC,… vớinhau để tạo thành các trung tâm gia công CNC

- Các trung tâm gia công thường có 3 trục chuyển động của dao, để tăng khả năng giacông của máy đối với các biến dạng chi tiết phức tạp, máy có thể có 5 trục chạy dao

và trang bị bàn máy quay

1 SƠ ĐỒ KẾT CẤU ĐỘNG HỌC CỦA MÁY PHAY CNC

Hình 1.4: Sơ đồ kết cấu động học máy phay CNCKết cấu động học của máy phay đứng CNCbao gồm: Cụm trục chính, hệ thống thay dao,bàn máy của máy phay và bộ điều khiển CNC

 Cụm trục chính là nơi gá đặt các dụng cụ cắt và tạo ra tốc độ cắt gọt Trục chínhđược dẫn động bởi một động cơ servo trục chính (trục Z) điều khiển được , đượcđiều khiển và điều chỉnh bởi bộ điều khiển CNC, có khả năng cho ra tốc độ quay bất

kì trong giới hạn thiết kế của máy Hệ thống truyền động và cụm trục chính đượctích hợp hệ thống phanh khí nén, nhằm phục vụ cho việc thay đổi tốc độ quay trongthời gian ngắn nhất Tốc độ quay của trục chính luôn được các cảm biến đo và phảnhồi về bộ điều khiển CNC Trên trục chính có lắp đặt hệ thống gá kẹp dụng cụ tựđộng bằng khí nén hoặc thủy lực nhằm tự động hóa hoàn toàn quá trình thay dao

động cơ servo trục Z thông qua bộ truyền vitme đai ốc bi, được điều khiển và điềuchỉnh bởi bộ điều khiển CNC kín, có phản hồi.

 Hệ thống thay dao của máy phayCNC được tự động hóa hoàn toàn , thông thường

nó là các ổ chứa kết hợp với kẹp dụng cụ kép Vị trí thay dao của cụm trục chính là

vị trí được xác định bởi nhà sản xuất nhằm không xảy ra hiện tượng va đập với cácchi tiết và các bộ phận khác của máy trong quá trình thay dao Hiện nay, các nhà sảnxuất trung tâm gia công cơ khí CNC còn đưa ra một hệ thống thay dao đơn giản hơn

đó là ổ chứa dao tự hành, vừa có chức năng chứa dao, vừa có chức năng thay dao tựđộng

 Bàn máy của máy phay CNC thông thường có hai khả năng chuyển động theo 2 trục

X và Y , được dẫn động nhờ các động cơ servo, thông qua bộ truyền động vitme bi,được điều khiển và điều chỉnh tốc độ bởi bộ điều khiển CNC kín có phản hồi

 Bộ điều khiển CNC của máy phay có nhiệm vụ biên dịch chương trình điều khiển

số được nạp vào bộ điều khiển , tiến hành xử lý thông tin và phát lệnh điều khiểncác cơ cấu chấp hành Các lệnh điều khiển được phân nhánh thành 2 lệnh hệ cơ bản

đó là : hệ lệnh đường đi và hệ lệnh đóng ngắt nhằm điều khiển quá trình thình thànhhình dáng hình học của chi tiết

2 CÁC CƠ CẤU ĐẶC TRƯNG CỦA MÁY PHAY ĐIỀU KHIỂN SỐ

a, Hệ thống kẹp và tháo dụng cụ tự động của máy phay CNC

Hệ thống kẹp và tháo dụng cụ của máy phay CNC được tích hợp trên trục chính với nguồnnăng lượng tháo dụng cụ là khí nén và khép chặt bằng hệ thống lò xo đĩa

Hình1.5: Hệ thống kẹp và tháo dụng cụ

b, Hệ thống thay dao tự động của máy phay CNC

Dựa trên hình dạng của ổ thay dao người ta chia làm hai dạng chính:

+ Dạng ổ tròn đĩa: số lượng dao < 32 dao

+ Dạng ổ dạng xích: số lượng dao > 32 dao

Trong các máy phay điều khiển số và các trung tâm gia công có khí hiện nay thì hệ thống thay dao có hai dạng cơ bản là : ổ chứa dao kết hợp với tay kẹp dụng cụ kép và ổ chứa dao

tự hành

 Dạng thứ nhất: Hệ thống thay dao có ổ chứ dao kết hợp với tay kẹp dụng cụ kép, khichương trình điều khiển số NC gọi một dụng cụ mới thì bộ điều khiển CNC điềukhiển ổ chứa dao quay , đưa dụng cụ được gọi vào vị trí sẵn sàng thay dao đồng thờiđiều khiển cụm trục chính chuyển động lùi về vị trí thay dao, tay kẹp dụng cụ quay

90o đồng thời kẹp cả hai dụng cụ trên trục chính và trên ổ chứa dao, quá trình tháo 2dao thực hiện bởi sự phối hợp của hệ thống tháo lỏng dụng cụ khi tay kẹp đi xuống,sau đó tay kẹp quay 180o đổi vị trí hai dụng cụ, rồi chuyển động đi lên đưa 2 dụng

cụ vào ổ trục chính và ổ chứa dao

Hình 1.6: Ổ thay dao kết hợp tay kẹp dụng cụ 1

 Dạng thứ hai: ổ chứa dao tự hành, khi chương trình điều khiển số gọi một dụng cụthì bộ điều khiển CNC điều khiển cụm trục chính chuyển động về mặt phẳng thay

Hình 1.7: Ổ chứa dao tự hành

c, Hệ thống gá kẹp chi tiết gia công

Trên máy phay điều khiển só thông thường sử dụng các thiết bị kẹp như :

+ Thiết bị kẹp cơ khí (gồm đòn kẹp, gối đỡ, bulông kẹp đầu chữ T)

+ Êtô : êtô kẹp bằng tay và êtô thủy lực có lực kẹp điều chỉnh được (có tự định tâmhoặc không tự định tâm)

+ Bàn Quay có 2 vị trí gá kẹp

+ Gá kẹp modun

Trên các trung tâm gia công hiện đại kết hợp việc sử dụng rôbốt để tự động hóa các quátrình gá đặt, kẹp chặt cũng như tháo chi tiết sau khi gia công.Điểm không của máy phayđiều khiển số M thường được các nhà sản xuất đặt trước thông thường là điểm phía trên,bên trái, khí trước của gá kẹp và là điểm cố định Điểm không của chi tiết W thì do ngườidùng quy định , ưu tiên điểm phía trên, bên trái , mặt trước của chi tiết

d, Hệ thống dẫn hướng trong máy phay CNC

 Đường dẫn hướng

Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng chuyển động cho các bànmáy theo X,Y và chuyển động lên xuống theo trục Z của trục chính

Yêu cầu của hệ thống thanh trượt trượt phải thẳng, có khả năng tải cao, độ cứngvững tốt, trơn khi trượt, không có hiện tượng dính.

Hiện nay trên các máy gia công CNC công nghiệp, người ta thường sử dụng các thanhdẫn hướng là thanh trượt hình chữ nhật Tuy nhiên sản phẩm được chế tạo với mục đíchchính là gia công các vật liệu mềm thì hệ thống thanh dẫn hướng cho các trục đượcchọn là thanh dẫn hướng có tiết diện tròn được phủlớp Crom để tăng độ bóng và các ổ

bi trượt bi tự hồi

 Các dạng đường ray dẫn hướng trong máy CNC

Dựa vào loại ma sát trong ray dẫn hướng có hai loại chính:

Trong báo cáo náy chúng ta tập trung tìm hiểu về đường dãn hướng ma sât lăn vì tính phổ biến và hiệu quả của nó.

Đường dẫn hướng ma sát lăn :

- Tổn hao ma sát nhỏ, độ nhạy cao, khe hở nhỏ

- Được tiêu chuẩn hóa, moodun hóa, nâng cao chất lượng (vật liệu, các biện phát nângcao chất lượng bề mặt ), nâng cao độ chính xác chế tạo lắp ráp

- Bôi trơn: phun sương dầu hoặc nhỏ giọt trực tiếp theo thời gian điều khiển

- Đáp ứng được yêu cầu gia tốc lớn

+ Ray dẫn kiểu hình chữ I: Mặt cắt đứng của nó là hình chữ I Con trượt sẽ được ngàm vào

2 mặt bên của ray dẫn hướng Con trượt sẽ sử dụng bi để chuyển động trên thanh ray này,ngoài ra có thể sử dụng trụ tròn thay cho bi

+ Ray dẫn hướng thẳng trượt bi:

+ Ray mang cá

`

+ Ray dẫn kiểu máng trượt: ray kiểu này có hình cắt đứng giống như chữ U, con trượt

sẽ tiếp xúc với thanh bên trong Con trượt chuyển động trên thanh ranh nhờ các trụ tròntiếp xúc trong với thanh ray dẫn

+ Ray dẫn tròn: thanh ray dẫn hướng có dạng trụ tròn được với trụ tam giác

e Bộ truyền vít me đai ốc bi

Hình 1.8: Trục vít me dùng trong máy CNCNhiệm vụ: Bộ truyền vít me – đai ốc có nhiệm vụ biến chuyển động quay của động

cơ thành chuyển động tịnh tiến của bàn máy

Phạm vi áp dụng: Bộ truyền vít me - đai ốc bi thường được dùng trong chuyển độngchạy dao của máy công cụ NC, CNC và dùng trong các máy công cụ chính như máy mài,máy doa tốc độ và các loại máy khác Đôi khi còn dùng trong máy tiện, máy tổ hợp, dùngtrong truyền dẫn di động xà, trụ và các máy công cụ hạng nặng Ngoài dẫn ra còn dùngtrong bộ truyền chính của các loại máy có chuyển động tịnh tiến khứ hồi như máy bàogiường, máy chuốt

Hình 1.9: Bộ truyền vit me- đai ốc bi

- Ngoài ra do cần độ chính xác rất cao nên chế tạo khó khăn và giá thành đắt cũng

là nhược điểm lớn của Vít me bi

 Kết cấu bộ truyền vít me - đai ốc bi hình trên bao gồm trục vít me, đai ốc, dòng bi.chuyển động trong vít me - đai ốc và ống hồi bi đảm bảo dòng bi tuần hoàn liên tục

 Các dạng prôfin ren của vít me và đai ốc như sau:

Dạng chữ nhật (hình b), dạng hình thang (hình c), dạng nửa cung tròn và dạngrãnh(dạng cung nhọn) Dạng chữ nhật và dạng prôfin ren hình thang có khả năng tải thấp,chỉ dùng khi máy có khả năng chịu tải trọng chiều trục bé và độ cứng vững không cao Dạng nửa cung tròn (hình d) được sử dụng phổ biến nhất, bán kính rãnh r2 gầnbằng bán kính viên bi R1 sẽ giảm tối đa ứng suất tiếp xúc, có thể chọn r2/r1=0,95÷0,97, giátrị r2/r1 sẽ làm tổn thất do ma sát 1 cách rõ rệt Tại góc tiếp xúc bé thì bộ truyền có độ cứngvững bé và khả năng tải bé, lực hướng kính sẽ lớn Do tăng góc tiếp xúc thì khả năng đảo

và độ cứng vững truyền động tăng và hạ thấp tổn thất do ma sát vì vậy khe hở đường kính

∆d phải chọn để góc tiếp xúc đạt 45° ∆d = 4.(r2 − r1 ).(1 − cos α )

Các dạng profin ren vít me và ổ bi

Dạng rãnh cung nhọn (a) có nhiều ưu điểm hơn loại cung tròn, nó còn cho phéptruyền động không rơ hoặc chọn được độ dôi của đường kính viên bi Còn ở dạng nửa trònmuốn khử độ rơ và tạo độ dôi đều dùng thêm đai ốc thứ hai để điều chỉnh

2 CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ TRÊN MÁY CNC

Máy CNC dùng nhiều loại động cơ trong đó có thể kể tới cac loại động cơ sau:

a, Động cơ một chiều

- Ưu điểm: + Dễ điều khiển tốc độ và chiều, giá thành rẻ

- Nhược điểm: + Momen khởi động lớn, dải điều khiển tốc độ hẹp

+ Phải có mạch tạo nguồn 1 chiều riêng

b, Động cơ xoay chiều

- Ưu điểm: + Cấp điện trực tiếp từ lưới điện

+ Đa dạng, phong phú nhiều chủng loại, dễ tìm, giá thành rẻ

- Nhược điểm: + Mạch điều khiển rất phức tạp

c, Động cơ bước

- Ưu điểm: Điều khiển vị trí, tốc độ rất chính xác

- Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ

d, Động cơ servo

Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín Tín hiệu ra củaloại động cơ này được nối với một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vịtrí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này Nếu có sự cố ngăn cản chuyển động quaycủa động cơ thì cơ cấu hồi sẽ nhận được tín hiệu báo chưa đạt được vị trí mong muốn.Mạch điều khiển sẽ tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được vị trí chính xác Chính vì vậy, loại động cơ này gắn với vít me tạo chuyển động chính xác cho bànmáy gia công

Kết luận: Nghiên cứu, tính toán và đưa ra thiết kế cho máy CNC là một công việc hết sức cần thiết Trong phạm vi bản báo cáo, em xin được trình bày về bản thiết kế

hệ thống dẫn hướng trong máy phay CNC với các thông số như đầu bài đã cho.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ DẪN HƯỚNG MÁY CNC

I THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

1 Thông số cho trước

+ Loại máy CNC : máy phay

+ Chế độ cắt thử nghiệm: phay mặt đầu, 8 lưỡi cắt, D = 80mm, JIS, SUS440C, grade

4040, v = 100 m/phút, t = 0,8 mm, F = 900 mm/phút

+ Khối lượng lớn nhất của chi tiết gia công : M = 700 kg

+ Vận tốc chạy lớn nhất khi không gia công: V1 = 25 m/phút

+ Vận tốc chạy lớn nhất khi gia công có lực : V2 = 10 m/phút

+ Gia tốc hoạt động lớn nhất của hệ thống : a = 0,4g m/s2 = 3.92 m/s2

+ Thời gian hoạt động : 05 đến 07 năm

Tương đương 21000 h làm việc

+ Tốc độ vòng động cơ lớn nhất: Nmax= 3000 rpm

+ Hệ số ma sát trượt: µ= 0.1

+ Khối lượng bàn máy X: Mx= 200kg

+ Khối lượng bàn máy Y: My= 300kg

2 Tính toán lực cắt với chế độ thử nghiệm

 Tốc độ quay tối đa trong quá trình gia công của trục chính Z

= 398 (vòng/phút)

 Lượng chạy dao răng (fz) là lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian 1 răng (1lưỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại (đơn vị mm/răng)

( mm/răng )

+ F là lượng chạy dao tính theo phút (mm/phút)

2.1.1 Lựa chọn kiểu lắp ổ đỡ cho vitme

Dùng trong trường hợp cần độ chính xác cao, giúp hạn chế ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt

độ tới độ chính xác ta chọn kiểu lắp một đầu lắp chặt-một đầu tùy chỉnh: fixed-supported

Với kiểu lắp ghép này, hai hệ số phụ thuộc vào kiểu lắp ghép f và  nhận các gia trị là :15,1

f  và 3,927

2.1.2 Bước vít me

- Tốc độ quay lớn nhất của động cơ khi làm việc: = 3000 (vòng/phút)

- Bước vitme l được xác định theo công thức:

Chọn sơ bộ bước vitme l   10 ( mm )

2.1.3 Tính toán lực dọc trục

a,Trường hợp hệ bàn máy và vitme nằm theo phương ngang

Các công thức tính lực dọc trục:

 Khi tăng tốc về bên trái : Fa1 = μmg + ma + f

 Khi chạy đều về bên trái : Fa2 = μmg + f

 Khi gia công về bên trái : Fa3 = Fm + μ(mg + Fmz) + f

 Khi giảm tốc về bên trái : Fa4 = μmg - ma +f

 Khi tăng tốc về bên phải : Fa5 = -μmg – ma – f

 Khi chạy đều về bên phải : Fa6= -μmg – f

• Khi gia công về bên phải : Fa7 = -Fm –μ(mg + Fmz) –f

• Khi giảm tốc về bên phải : Fa8 = -μmg + ma – f

- m là tổng khối lượng ứng với mỗi bàn máy tác dụng lên vitme

- Khối lượng tổng cộng ứng với bàn máy X: mX =M+ MX =700 + 200= 900kg

Thay số liệu vào các biểu thức tính toán lực dọc trục ta được bảng số liệu lực dọctrục tác dụng lên trục X

o là tốc độ quay trung bình của trục vitme :

o là hệ số bền tĩnh, với máy công cụ , chọn

o là hệ số tải động, lựa chọn theo bảng sau:

→ Vitme lựa chọn phải có tải động 5212 (kgf)

2 Lựa chọn vít me, kiểm tra sơ bộ

◙ Lựa chọn kiểu bi và vitme:

Máy phay CNC yêu cầu hệ thống dẫn động có độ cứng vững cao , độ hao phí khôngquá quan trọng, do đó lựa chọn bi kiểu lưu chuyển bi ngoài, kiểu FDWC, số bi B.2hoặc B.3

Kết cấu như hình vẽ

Tra cứu datasheet của hãng PMI ta lựa chọn được vitme với các thông số sau:

Vậy lựa chọn vitme 50 – 10B2-FDWC

+ Đường kính vitme D = 40 mm

+ Bước vitme l = 10 mm

+ Tải trọng tĩnh : C0 = 13900 kG

+ Tải trọng động: = 5220 kG

+ Đường kính lõi ren của trục vitme : (mm)

 Kiểm tra sơ bộ:

L = chiều dài dịch chuyển max + chiều dài đai ốc bi + chiều dài vùng thoát = 900+ 180 +50 =1130 (mm) chọn L= 1150 (mm)

+ Tuổi thọ làm việc

(hr)

+

+ Tốc độ quay cho phép

L là chiều dài sơ bộ của vitme, dựa vào bản vẽ kết cấu bàn máy cho trước ta xác định

được chiều dài sơ bộ vitme L = 1150 mm

Khối lượng chi tiết gia công lớn nhất là M = 700 kg

Khối lượng bàn máy X (cho trước) MX = 200 kg

Khối lượng bàn máy Y ( cho trước) MY = 300 kg

 Khối lượng tổng cộng ứng với bàn máy Y :

o là tốc độ quay trung bình của trục vitme :

o là hệ số bền tĩnh, với máy công cụ , chọn

o là hệ số tải động, lựa chọn theo bảng sau:

501 1450 1200 7356

→ Vitme lựa chọn phải có tải trọng động 7356 ()

2 Lựa chọn vít me, kiểm tra sơ bộ

◙ Lựa chọn kiểu bi và vitme:

Máy phay CNC yêu cầu hệ thống dẫn động có độ cứng vững cao , độ hao phí khôngquá quan trọng, do đó lựa chọn bi kiểu lưu chuyển bi ngoài, kiểu FDWC, số bi B.2hoặc B.3

Kết cấu như hình vẽ

Tra cứu datasheet của hãng PMI ta lựa chọn được vitme với các thông số sau:

Vậy lựa chọn vitme 50 – 10B2-FWDC

+ Đường kính vitme D = 50 mm

+ Bước vitme l = 10 mm

+ Tải trọng tĩnh : C0 = 26130 kG

+ Tải trọng động: = 8200 kG

+ Đường kính lõi ren của trục vitme : (mm)

 Kiểm tra sơ bộ:

L = chiều dài dịch chuyển max + chiều dài đai ốc bi + chiều dài vùng thoát = 560+ 243 +50 =853 (mm) chọn L= 900 (mm)

+ Tuổi thọ làm việc:

(hr)

+ Tốc độ quay cho phép